Christiaan Huygens era uno studioso impegnato. Tra i suoi numerosi successi, lo scienziato olandese ha capito la forma degli anelli di Saturno e ha scoperto la più grande luna di quel pianeta, Titano. Ha fondato la teoria secondo cui la luce viaggia come un'onda e ha inventato l'orologio a pendolo. Huygens, a quanto pare, non poteva nemmeno spegnere la sua mente scientifica quando era sotto il tempo.
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Nel 1665 era malato e bloccato nel letto, guardando due orologi a pendolo che erano attaccati a una trave nella sua casa. Notò che i pendoli iniziarono a oscillare in tempo l'uno con l'altro, indipendentemente dal fatto che gli orologi fossero stati avviati o fermati in momenti diversi o in quale posizione iniziassero i pendoli. Huygens era sconcertato. Doveva esserci un modo in cui gli orologi "parlavano" tra loro, ma mancava degli strumenti precisi necessari per misurare l'interazione tra gli orologi. Quindi lo attribuì a movimenti misteriosi trasmessi dall'aria o dalla connessione fisica nel raggio, e lì la questione rimase per più di 300 anni.
Ora, i fisici che rivisitano l'enigma del 17 ° secolo pensano che la risposta potrebbe risiedere nelle onde sonore. Henrique Oliveira e Luís V. Melo dell'Università di Lisbona hanno ricreato le condizioni osservate da Huygens, quindi hanno usato strumenti estremamente sensibili per misurare le variabili. I loro risultati, pubblicati questa settimana su Scientific Reports, suggeriscono che l'energia sonora proveniente dagli orologi a ticchettio viaggia attraverso il materiale che li collega e li fa sincronizzare.
In precedenza, altri scienziati avevano fatto una crepa nell'esperimento usando una trave a cui era permesso muoversi. In quei modelli, l'energia che sincronizza gli orologi proviene dalla conservazione della quantità di moto. Oliveira e Melo volevano testare un modello diverso che sarebbe stato più simile a quello con cui stava lavorando Huygens. Volevano anche essere più precisi dei precedenti tentativi.
Per prima cosa hanno usato un computer per simulare gli orologi, supponendo che gli orologi fossero collegati da un materiale rigido. Quindi attaccarono due veri orologi a pendolo a una trave di alluminio. Hanno impostato il tempo e misurato i periodi delle oscillazioni del pendolo con sensori ottici di alta precisione. Abbastanza sicuro, i pendoli avrebbero iniziato a muoversi in sincronia. Anche se si muovevano in direzioni opposte, oscillerebbero comunque con lo stesso periodo.
"Abbiamo provato diversi materiali e condizioni del fascio e abbiamo potuto ottenere l'accoppiamento solo quando il raggio [fisso] era costituito da un ottimo conduttore del suono, gli orologi erano vicini e le frequenze abbastanza vicine", dice Melo in un'e-mail.
L'esperimento di laboratorio ha coinvolto due orologi a pendolo appesi a una trave di alluminio. (Henrique Oliveira e Luís Melo) Quindi cosa sta succedendo? Ha a che fare con il funzionamento degli orologi a pendolo. Un pendolo oscilla e un'ancora, così chiamata per la sua forma, rilascia i denti di un ingranaggio, che è attaccato ad un peso discendente. Quando l'ingranaggio viene rilasciato, il peso lo tira verso il basso in modo che inizi a ruotare, ma l'ancoraggio del pendolo cattura nuovamente i denti dell'ingranaggio. Mentre il pendolo oscilla indietro, rilascia nuovamente l'ingranaggio, e questa volta l'ancoraggio prende l'altro lato. Nel frattempo, i denti dell'ingranaggio scivolano sotto l'ancora, spingendolo e aggiungendo un po 'di spinta per mantenere il pendolo oscillante. Ci sono molte varianti su questo design, ma questo è il principio di base.
Nell'ultimo esperimento, tutto questo movimento fa viaggiare una piccola quantità di energia sonora nella barra di alluminio. Ogni volta che l'impulso di energia viaggia, tende a spingere il pendolo di un orologio nel tempo con l'altro. L'esperimento richiede fino a 18 ore o addirittura giorni per l'esecuzione, poiché gli orologi si sincronizzano lentamente. Melo osserva che gli orologi di Huygens avevano pesi di stabilizzazione di 50 o 60 libbre, mentre quelli nel suo esperimento erano di una libbra o meno, quindi le forze trasmesse dagli orologi di Huygens erano maggiori.
Anche così, in teoria potresti eseguire lo stesso esperimento a casa. "Se riesci a trovare un conduttore del suono abbastanza buono per un raggio ... e se sei molto paziente, otterrai le condizioni per l'accoppiamento", dice Melo. "Ma sarai sicuro solo se eseguirai un esperimento automatizzato. È impossibile guardare continuamente per giorni - è ipnotizzante, ma dopo un po 'si diventa molto ansiosi."
Jonatan Peña Ramirez, un ricercatore dell'Università Tecnica di Eindhoven nei Paesi Bassi, ha anche pubblicato studi sul fenomeno dell'orologio di Huygens. Dice che ai fisici piace studiare questo sistema perché imita altri cicli in natura. "Fenomeni simili possono essere osservati nei sistemi biologici, dove alcuni cicli all'interno del corpo umano possono sincronizzarsi in modo naturale", afferma.
Tuttavia, non è ancora convinto che l'energia del suono sia il colpevole degli orologi. "Se si sostituisce il meccanismo di guida negli orologi con un meccanismo fluido, ovvero un meccanismo che non applica impulsi [discreti] agli orologi, si può ancora osservare la sincronizzazione", afferma. Per quanto gli riguarda, "la sincronizzazione di Huygens ... è lungi dall'essere risolta".
